I sistemi fotovoltaici piani (FV) che utilizzano celle a singola giunzione, grazie alle loro ridotte dimensioni e all’elevato angolo di accettazione della radiazione solare, hanno avuto una enorme diffusione in ambito edilizio favorendo la diffusione capillare della generazione distribuita. I moduli FV di tali sistemi presentano usualmente un’efficienza di conversione di circa il 20%, mentre nuovi moduli hanno raggiunto il 22%.
Per contro i moduli utilizzati nei sistemi a concentrazione solare (CPV), facendo uso di celle a multigiunzione, possono offrire maggiori efficienze (attualmente 35%). Gli attuali sistemi a concentrazione però, sono di solito piuttosto ingombranti e richiedono un sistema di inseguimento solare su due assi. Queste limitazioni li rendono pertanto poco adatti all’impiego in ambito architettonico-residenziale.

La ricerca svolta in questa Linea di attività si è proposta di trovare delle soluzioni adeguate per favorire l’utilizzo di sistemi a concentrazione in ambito architettonico-residenziale affrontando due diversi aspetti di tale problematica.

Il primo riguarda le dimensioni del modulo. A tale proposito sono state ideate, studiate e simulate alcune nuove configurazioni ottiche, in grado di ridurre drasticamente lo spessore del concentratore solare, portandolo dalle attuali dimensioni di decine di centimetri a qualche centimetro, mantenendo elevato il livello di concentrazione (superiore a 500 soli).

Il secondo aspetto affrontato riguarda invece la problematica dell’inseguimento solare. A questo proposito sono state studiate due diverse soluzioni. Una soluzione sfrutta le proprietà di transizione ottica di alcuni materiali per permettere un inseguimento del disco solare senza avere alcuna parte in movimento. In questo caso la soluzione è stata sperimentata solo in una fase molto preliminare ed il livello di concentrazione raggiungibile è presumibile che sia compreso tra alcuni soli e qualche decina di soli, valore comunque decisamente superiore a quello (<1) dei concentratori luminescenti basati su un principio simile.

Una seconda soluzione riguarda lo sviluppo di un nuovo sistema di inseguimento solare integrato all’interno del modulo CPV. Lo stato dell’arte per gli inseguitori solari è costituito da motori elettrici con ingranaggi e vari componenti accessori che comportano costi elevati e problemi di affidabilità legati all’usura, all’invecchiamento e agli agenti atmosferici. Per ovviare a tali limitazioni è stato avviato lo sviluppo di un sistema di inseguimento che utilizza attuatori a basso costo basati su leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys o SMA), che non utilizzano giunti, ingranaggi, cuscinetti ma che, se scaldate per esempio attraverso il passaggio di corrente elettrica, si deformano allungandosi o contraendosi con escursioni considerevoli in rapporto alle loro dimensioni e peso. E’ stato inoltre sviluppato un nuovo sensore di puntamento, anch’esso a basso costo, basato su tecnologia a LED che consente di rilevare la posizione del sole entro un ampio angolo di vista (fino a 60°). L’utilizzo congiunto del nuovo sensore e degli attuatori SMA ha consentito di semplificare notevolmente lo schema di controllo utilizzato negli inseguitori convenzionali con conseguente riduzione di costi ed incremento di affidabilità.

A conclusione, si presentano i primi risultati relativi allo sviluppo del nuovo sistema di inseguimento integrato all’interno del modulo CPV ed alcuni casi studio sulla producibilità energetica ed i vantaggi economici che possono derivare dallo sviluppo di moduli fotovoltaici ibridi (cioè basati su celle FV al Si e celle CPV) che integrano il sistema di inseguimento ideato da RSE.